Ионно–плазменные покрытия на основе нитридов и карбидов переходных металлов с регулируемой стехиометрией (стр. 24 )

Таблица 4.18

Сравнительная расчетная износостойкость различных фаз

Карбиды	Нитриды
Фаза		Фаза
–	–	BN	9.5
TiC	41	TiN	27.7
ZrC	34.4	ZrN	23.2
HfC	62	HfN	18.0
VC	16.2	VN	5.0
NbC	39.5	NbN	6.3
TaC	63.5	TaN	16
Cr3C2	3.8	Cr2N	0.9
Mo2C	6.3	–	–
WC	106	–	–

Таблица 4.19

Износостойкость резцов из тугоплавких материалов при микрорезании сплава ВТ1 [3, 4]

Фаза	Износ (мкм) на пути трения 200 м	Относительная износостойкость
Экспериментальная	Расчетная
TiCX	200	1.83	41
TaCX	145	2.52	153–63.5
WC	100	3.63	106
VCX	270	1.35	8–16.2
BN	260	1.4	9.5

Примечание: Температура в зоне контакта при шлифовании титана–1200–1500 К.

Таблица 4.20

Влияние покрытий на износостойкость стали У8 [43]

Покрытие	Микро– твердость Н0.49Н, ГПа	Микро– хрупкость, усл. ед.	Износ трением скольжения	Абразивный износ
	относит. стойкость		относит. стойкость
TiC	32	0.60	0.154	2.53	0.163	2.55
VC	25.5	0.35	0.303	1.3	0.266	1.56
VC/TiC	28	0.24	0.172	2.7	0.229	1.81
Cr7C3	23	0.34	0.390	1	0.415	1

Проведенные исследования показывают, что выбранный метод расчета относительной износостойкости пар трения, работающих в условиях схватывания и теплового износа, дает удовлетворительную линейную корреляцию с экспериментальными данными и может быть использован при выборе защитных покрытий в парах трения.

Установлена экстремальная зависимость износостойкости для карбидов в пределах периодов. Наибольшей износостойкостью среди идентичных соединений обладают карбиды V группы Периодической системы элементов.

Показано, что в большинстве случаев повышенной износостойкостью при обработке стали, сплавов титана и никеля обладают карбиды и нитриды.

Установлено, что при использовании различных покрытий их износостойкость в 6–7 раз выше в случае контакта с медью, чем при обработке стали, сплавов титана и никеля.

Покрытия на основе нитридов и карбидов переходных металлов согласно расчетным и экспериментальным данным можно расположить по убыванию износостойкости (при обработки стали 45, титановых и никелевых сплавов) в следующей последовательности: TaC0.96 ,WC, TaC0.8 , HfC, TiC0.96 , ZrC0.97 , TiN0.83 , ZrN, HfN, VC0.9 , TaN, W2C и др.

4.5. Исследование адгезии ионно–плазменных покрытий со

сталью склерометрическим методом

Методы измерения твердости царапаньем находят все большее применение для оценки качества поверхностных слоев металла, обработанного различными способами: механическим, термомеханическим, химико–термическим, концентрированными потоками энергии, нанесением покрытий и др.

Склерометр позволяет проводить испытания и регистрировать в автоматизированном режиме диаграмму деформирования покрытия путем горизонтального перемещения остроконечного алмазного индентора, внедренного на заданную глубину. В процессе испытания измерительный блок склерометра взаимодействует через плату сопряжения с персональным компьютером типа IBM PC AT, где происходит обработка первичной информации и регистрация диа­граммы «деформирующая нагрузка – горизонтальное перемещение индентора». По диаграмме могут быть определены: склерометрическая твердость, истинное сопротивление разрыву, относительное конечное сужение и адгезионная прочность материала покрытия.

Методика испытаний [12, 19, 20, 29, 48, 61, 62, 80, 84, 87, 127–131, 134–137, 154, 159, 209, 235, 236, 253] основана на непрерывном нагружении материала и его деформировании в упругой и упругопластической областях до предельного состояния с последующим разрушением путем горизонтального перемещения индентора, предварительно внедренного на определенную глубину.

Для получения сравнимых результатов склерометрические испытания проводятся при условии постоянства глубины внедрения царапающего наконечника в материал. Величина глубины внедрения t в нашем случае выбрана, равной 5 мкм. Выбор оптимальной глубины внедрения индентора в материал обусловлен шероховатостью поверхности, толщиной покрытия и конструктивными особенностями установки. Испытания проводились алмазной пирамидой Виккерса. Выбор оптимальной формы царапающего наконечни­ка продиктован следующими причинами: во–первых, пирамида Виккерса является стандартным наконечником; во–вторых, как показали исследования и [29, 128], параметры царапины (ее ширина и глубина), полученные при царапании таким наконечником отличаются высокой стабильностью.

Подготовленный образец стали с покрытием, подвергался испытаниям на разработанном лабораторном автоматизированном склерометре. В [29, 128] показано, что царапина образуется не только исключительно разрушением, но также имеет место пластическая деформация материала.

Для проведения склерометрических испытаний в автоматизирован­ном режиме с записью диаграммы царапанья в координатах «усилие царапанья – длина царапины» использован прибор, принципиальная схема которого представлена на рис. 4.27. В процессе царапанья на индентор действуют следующие основные силы (рис.4.28): Рв – сила вдавливания, Рц – сила царапанья, Т – сила рения, N – сила нормального давления. Прибор (рис. 4.27) состоит из основания – 7 с прикрепленной к нему тра­версы – 3, подвижной каретки – 12, внутри которой жестко закреплены механизм заглубления индентора – 11 и связанный с ним индикатор – 13, регистрирующий перемещения индентора по вертикали, блока электромеханического привода с панелью управления – 8, предметного столика 4, блока регулирования высоты предметного столика – 6 и связанной с ним ручки регулирования – 5. Прибор также содержит измерительный блок, состоящий из пружины – 9 с датчиками измерения нагрузки – 10 и пружины – 2 с датчиками измерения горизонтального перемеще­ния индентора – 1, которые связаны с помощью кабелей со специализи­рованной компьютерной платой сопряжения. Испытуемый образец устанавливали на предметный столик, затем вращением ручки – 5 механизма заглубления заглубляли индентор в материал образца на глубину t=5 мкм. О величине заглубления индентора судили по показаниям индикатора перемещений. Затем нажатием кнопки управления включали механический электропривод, с помощью которого приводили в движение каретку с механически связанным с нею индентором. Индентор, перемещаясь горизонтально, наносил на образец царапину. Прибор связан через специализированную компьютерную плату с ЭВМ.

При горизонтальном перемещении индентора происходит деформация пружин измерительного блока и связанных с ними тензодатчиков, при этом изменяется удельное их сопротивление, а значит напряжение аналогового сигнала, поступающего в ЭВМ.

Специализированная компьютерная плата (КП) вставляется в слот материнской платы персонального компьютера (ПК). Основной частью КП является двухканальный аналогово–цифровой преобразователь (АЦП). Аналоговая часть КП выполняет функции фильтрации, коммутации входных сигналов, усиления, аналого–цифрового преобразования, а также формирования напряжения питания двух мостовых тензометрических схем. Входными измерительными преобразователями (датчиками) являются тензорезисторы, которые образуют две измерительные мостовые схемы, питаемые от компьтерно – измерительного устройства (КИУ) и расположены на чувствительных упругих элементах (плоские пружины–пластины).

Таблица 4.21

Основные технические характеристики автоматизированного склерометра

Характер приложения нагрузки	Плавный
Диапазон изменения нагрузки, Н	0...100
Погрешность измерения нагрузки, %	1.0
Диапазон горизонтального перемещения индентора, мм	0...10
Погрешность измерения перемещений, %	1.5
Время однократного испытания, мин	3...5
Габаритные размеры, мм	300x200x390
Масса, кг	10
Скорость перемещения, мм/мин	2.1
Погрешность измерения твердости HGV5 и удельной энергии локального разрушения ω , %	3
Погрешность измерения истинного сопротивле­ния разрыву при растяжении SK и конечного относительного сужения ψк,%	10

Программное обеспечение гарантирует последовательную непрерывную запись данных двух массивов в ОЗУ ПК с последующей перезаписью на жесткий диск ПК. При этом на дисплее индицируются таблица текущих значений нагрузки и величины горизонтального перемещения индентора (длины царапины). Таким образом, данные могут быть представлены в виде массива.